低压安全注入泵振动超标分析及处理

温青云　鲍宇　石坚　杨铭

【摘 要】某核电站安全注入系统（RIS）在调试期间，低压安全注入泵（以下简称“低压安注泵”）的驱动电机（立式高压电机）自由端轴承径向振动超标故障，其它方向振动值合格。通过分类递进探究故障原因，并结合现场测试所得的基础底板下沉量、结合面水平度、连接螺栓虚脚情况以及振动变化频谱和趋势等逐一验证，分析出故障为结构共振所致。通过增强系统刚性消除结构共振的方法，最终消除振动故障，保障了设备安全运行，也为同类型电机振动故障处理提供了参考。

【关键词】立式高压电机；振动超标；结构共振；增强刚性

1 背景概述

某核电站低压安注泵的驱动电机是6KV立式高压电机，其自由端和驱动端均为滚动轴承，并分别设置3个振动测量点，轴向、径向和垂直方向（以下用H向、V向和H向替代）。在电机进行单体试车期间，其自由端轴承的V向（冷却器水箱方向）振动烈度超过厂家技术文件规定的2.8mm/s[1]限值，其它方向均合格。

2 故障分析

电机振动故障原因主要分为电气和机械两方面。振动数据测量人员采用断电法监测到停机后振动值未立即明显降低，同时电气人员检查接线等正确无误，由此初步确定该故障并非电气原因而是由机械方面所致。

通过频谱分析仪进行测量，采集到振动故障的频谱图中发现25.16Hz为突出的故障频率，和对应的转子工频一致。

注：现场测量安注电机的实际转速为1485rpm，因此，电机的转速频率（工频）为：

工频=1485/60=24.75Hz

根据实践经验及研究数据[2]，轴弯曲、转子不平衡、基础结合面不平、基础螺栓存在虚脚、共振故障以及管道应力等。

2.1 电机转子弯曲和不平衡检查

轴弯曲产生的振动故障常表现为：径向和轴向振动均较大；频谱图中同时显示出工频及工频的二倍频或多倍频等成分，上述特征均与现场实际情况不符。由此，排除了轴弯曲的因素。

转子不平衡是常见的工频振动故障原因之一。仅依据频谱图中显示唯一突出的工频故障分量，无法断定故障是转子不平衡振动，还是机械松动等定向振动[3]。但对比轴承水平和垂直方向的振动数据发现：振动故障仅产生在水平方向，即振动故障方向不随旋转力变化而变化，表明该故障属于机械松动等定向振动，排除转子不平衡因素。

2.2 基础结合面水平度检查

电机机座通过8颗M24×100的螺栓定位在支撑板上，支撑板则通过8颗M45×110的连接螺栓紧固在基础预埋板上，基础板通过8颗M45×700的双头基础螺栓紧固于楼板水泥中。

吊走电机后，通过现场实际测量，发现电机支撑板承载面水平度在厂家要求≤0.10mm/m范围内。

2.3 基础螺栓虚脚检查

对电机座与支撑板连接螺栓、支撑板与基础板连接螺栓的回弹量进行打表测量，当分别松紧连接螺栓，最大回弹量不超0.03mm。因此，连接螺栓不存在虚脚的情况。

2.4 管道应力检查

电机辅助管路只有冷却水管，通过不接冷却水，甚至断开冷却水管的情况下，对电机进行试车，发现其振动值未发生变化。因此，管道应力并非影响因素。

2.5 共振故障检查

离线测量电机的固有频率为26.25Hz，其中电机冷却器位置固有频率仅为24.8HZ，而电机的转频为25Hz。

系统响应的振幅急剧增大的现象称为共振。通常将共振频率定义为系统的固有频率，即频率比λ=1。处于共振区附近区域称为共振区。电机转速约为1500RPM，即25Hz。因此λ在1-1.1之间变化，振动响应在共振峰偏右区域附近变化。因此，λ为0.8-1.2的区间可视为共振区（也有人认为λ为0.75-1.25为共振区），运转时要使设备尽量不在这个区间运行。

由此推断，结构共振很可能是导致振动超标的要因。

3 缺陷处理

由上述可知，电机的在此区域内当激振力（转频）不变时，如固有频率任何微小的变化（任何微小干扰）都会引发振幅大幅度旳变化。所以只有提高电机的固有频率最大程度地拉开与电机的转频间之的距离，才可提高它的运转可靠性。

根据共振频率的简易计算公式（不考虑阻尼）：

其中，k为物体的刚性系数，单位N/m；

m为物体的质量，单位kg。

目前电机的质量已经无法改变，只有通过改变电机的刚性，从而提高电机固有频率，消除共振。

3.1 提高电机底板刚性

通过电机支撑板增加结构筋条，增大刚性支撑。现场对增加过筋条的支撑板进行沉降量，在静载荷状态下，最大数值为0.03mm。

同时，对底座三维模型进行适当简化后，进行ANSYS进行网格分析，测出在静载荷工况下，最大沉降量为0.02mm（材料弹性模量200GPa，泊松比0.3，材料密度7850kg/m3），与实际测量情况一致。

3.2 外加支撑力

在改变底座刚性的同时，外加支撑力增大电机的刚性。现场通过在电机水箱底部增加千斤顶试验效果。当水箱底部增加千斤顶时，振动值明显变小，在标准范围限值内，如图1所示：

4 总结

立式电机振动超标问题属于复杂类缺陷，在很多电厂都出现过类似情况，处理过程中需要结合大量的数据，以及精准的分析。

本文介绍了低压安注泵立式电机振动超标缺陷一般分析方法以及处理方案，尤其针对结构共振缺陷，增大设备自身的刚性是一种很好的解决办法。

【参考文献】

[1]沈阳电力机械总厂.低压安注泵电机设备运行维护手册[S].2012-06，CFC版.

[2]韩清凯.基于振动分析的现代机械故障诊断原理及应用[M].科学出版社，2010.

[3]周健成.旋转设备基础振动故障诊断及处理[J].设备管理与维修，2011，12：53-54.

[责任编辑：王楠]